Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие новых областей техники настоятельно требует создание материалов с принципиально новыми свойствами, сочетающих в себе разнообразные характеристики: электрические, магнитные, оптические и другие. В связи с этим определенное значение приобретают исследования, связанные с разработкой материалов, проявляющих повышенные физико-химические, в частности, магнитные свойства.
В последнее время все большее внимание исследователей, в поиске новых магнитных материалов, привлекают редкоземельные элементы (РЗЭ), сплавы и соединения, полученные на их основе. Так, например, ортоферриты и ферриты-гранаты РЗЭ нашли практическое применение, как магнитный материал, для изготовления постоянных магнитов, запоминающих и логических устройств.
В этом плане актуальными являются исследования сплавов и соединений РЗЭ с другими элементами периодической системы Д.И. Менделеева, в частности, с сурьмой и висмутом на основе которых возможно создание новых перспективных магнитных материалов.
Согласно литературным данным, наиболее полные данные имеются по моноантимонидам и моновисмутидам РЗЭ. Антимониды и висмутиды РЗЭ других составов изучены крайне незначительно. Установлено, что среди всех известных сплавов и соединений РЗЭ с висмутом и сурьмой Gd4Bi3, Gd5Sb3 и Gd4Sb3 проявляют самую высокую парамагнитную температуру Кюри (365, 265, 235 К) и при низких температурах магнитоупорядочены. При этом магнитны свойства проявляют и висмутиды РЗЭ ЬщВіз (Ln =Pr, Nd, Tb, Yb). Это дает возможность получения на основе указанных антимонидов и висмутидов сплавов с повышенными магнитными свойствами.
Целью работы явилось исследование физико-химического взаимодействия антимонидов GdsSb3, Gc^Sbs с висмутидами Ln5Bi3 (Ln =Pr, Nd) и Ln4Bi3 (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb) и разработка на их основе магнитных материалов с повышенными магнитными свойствами.
В связи с поставленной целью в диссертационной работе решены следующие задачи:
- исследован процесс взаимодействия РЗЭ (Pr, Nd, Gd, Tb, Yb) с сурьмой
и висмутом при образовании твердых растворов Gd5.xSb3.yLnxBiy (Ln = Pr, Nd;
x= 0.5-4.5; у = 0.3-2.7) и Gd4_xSb3_yLnxBiy (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb; x= 0.4-3.6;
У = 0.3-2.7);
- построены полные диаграммы состояния систем Gd5Sb3- Ln5Bi3 (Ln=Pr,
Nd) и Gd4Sb3 - Ln4Bi3 (Ln=Pr, Nd, Tb, Yb);
- разработаны способы получения твердых растворов Gd5.xSb3.yLnxBiy (Ln = Pr, Nd; x = 0.5-4.5; у = 0.3-2.7) и Gd4.xSb3.yLnxBiy (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb; x= 0.4-3.6; у = 0.3-2.7), образующихся в соответствующих им системах;
- физико-химическими методами анализов проведена идентификация
полученных атимонидов GdsSb3 , GcLiSbs, висмутидов Ln5Bi3 (Ln =Pr, Nd),
Lr^Bis (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb), твердых растворов Gd5.xSb3.yLnxBiy (Ln = Pr, Nd;
x = 0.5-4.5; у = 0.3-2.7) и Gd4_xSb3_yLnxBiy (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb; x= 0.4-3.6;
У = 0.3-2.7);
- изучены концентрационные зависимости удельного электросопротивле
ния, термо-э.д.с. и микротвердости твердых растворов Gd5-xSb3-yLnxBiy (Ln = Pr,
Nd; x= 0.5-4.5; у = 0.3-2.7) и Gd4_xSb3_yLnxBiy (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb; x= 0.4-3.6;
у = 0.3-2.7) при комнатной температуре;
- изучена температурная зависимость электрофизических свойств антимо-
нидов Gd5Sb3, Gd4Sb3, висмутидов Ln5Bi3 (Ln=Pr, Nd), 1.1 (Ln=Pr, Nd, Tb,
Yb), твердых растворов Gd5.xSb3.yLnxBiy (Ln = Pr, Nd; x= 0.5-4.5; у = 0.3-2.7) и
Gd4.xSb3.yLnxBiy (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb; x= 0.4-3.6; у = 0.3-2.7), в диапазоне
298-773 К;
-исследована температурная зависимость молярной магнитной восприимчивости антимонидов Gd5Sb3, Gd4Sb3, висмутидов Ln5Bi3 (Ln=Pr, Nd), Lri4Bi3 (Ln=Pr, Nd, Tb, Yb), твердых растворов Gd5.xSb3.yLnxBiy (Ln = Pr, Nd; x= 0.5-4.5; у = 0.3-2.7) и Gd4_xSb3_yLnxBiy (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb; x= 0.4-3.6; у = 0.3-2.7) в диапазоне 298-773 К.
Научная новизна работы:
- разработаны способы получения твердых растворов Gd5-xSb3.yLnxBiy (Ln = Pr, Nd; x= 0.5-4.5; у = 0.3-2.7) и Gd4_xSb3_yLnxBiy (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb; x= 0.4-3.6; у = 0.3-2.7);
построены полные диаграммы состояния систем GdsSb3 - Ln5Bi3 (Ln = Pr, Nd) и Gd4Sb3 - Li^B^ (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb) и установлена общая закономерность в их строении, проявляющаяся в однотипности систем и образованием в них непрерывного изоструктурного ряда твердых растворов, замещения, кристаллизующихся в гексагональной сингонии типа Mn5Si3 и кубической сингонии типа анти-Т1і3Р4;
определены характер проводимости, парамагнитные температуры Кюри, эффективные магнитные моменты ионов РЗЭ, оценен тип магнитного упорядочения висмутидов Ln5Bi3 (Ln = Pr, Nd), Li^B^ (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb), твердых растворов Gd5.xSb3.yLnxBiy (Ln = Pr, Nd; x= 0.5-4.5; у = 0.3-2.7) и Gd4.xSb3.yLnxBiy (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb; x= 0.4-3.6; у = 0.3-2.7);
разработаны новые магнитные материалы - твердые растворы Gd5.xSb3.yLnxBiy (Ln = Pr, Nd; x= 0.5-4.5; у = 0.3-2.7.) и Gd4_xSb3_yLnxBiy (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb; x= 0.4-3.6; у = 0.3-2.7), обладающие по сравнению с висмутидами Li^B^ (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb), повышенными магнитными свойствами.
Практическая значимость работы:
полученные твердые растворы Gd5.xSb3.yLnxBiy (Ln = Pr, Nd; x= 0.5-4.5; у = 0.3-2.7) и Gd4.xSb3.yLnxBiy (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb; x= 0.4-3.6; у = 0.3-2.7), могут быть использованы в криогенной и электронной технике.
данные по диаграммам состояния систем Gd5Sb3 - Ln5Bi3 (Ln = Pr, Nd) и GcLiSbs - Lr^Bis (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb), физико-химическим, электрофизическим и магнитным свойствам антимонидов GdsSb3, GcUSbs, висмутидов Ln5Bi3 (Ln = Pr, Nd), Ln4Bi3 (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb), твердых растворов Gd5.xSb3.yLnxBiy (Ln = Pr, Nd; x= 0.5-4.5; у = 0.3-2.7.) и Gd4_xSb3_yLnxBiy (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb; x = 0.4-3.6; у = 0.3-2.7), являются справочным материалом и могут быть полезны специалистам, занимающимся исследованием неорганических материалов, а
также в учебном процессе при чтении лекций по физической, неорганической химии, химии твердого тела, физики магнетизма и материаловедению.
На защиту выносятся:
результаты исследования процесса взаимодействия РЗЭ с сурьмой и висмутом при образовании твердых растворов Gd5-xSb3-yLnxBiy (Ln = Pr, Nd; x= 0.5-4.5; у = 0.3-2.7) и Gd4.xSb3_yLnxBiy (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb; x= 0.4-3.6; у = 0.3-2.7);
способы получения твердых растворов Gd5-xSb3-yLnxBiy (Ln = Pr, Nd; x= 0.5-4.5; у = 0.3-2.7.) и Gd4.xSb3_yLnxBiy (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb; x= 0.4-3.6; у = 0.3-2.7);
диаграммы состояния систем Gd5Sb3 - Ln5Bi3 (Ln = Pr, Nd), Gd4Sb3 - Lri4Bi3 (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb) и проявляющие в них закономерности;
- результаты исследования электрофизических и магнитных свойств антимонидов Gd5Sb3, Gd4Sb3, висмутидов Ln5Bi3 (Ln = Pr, Nd), Lri4Bi3 (Ln = Pr, Nd, Tb, Yb), твердых растворов Gd5.xSb3.yLnxBiy (Ln = Pr, Nd; x= 0.5-4.5; у = 0.3-2.7.) и Gd4_xSb3.yLnxBiy Ln = Pr, Nd, Tb, Yb; x= 0.4-3.6; у = 0.3-2.7);
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на республиканской научно-практической конференции «Достижения химической науки и проблемы её преподавания» (Душанбе, 2007 г.), республиканской научно-методической конференции «Современные проблемы физики» (Душанбе, 2007 г.), научно-практической конференции «Актуальные проблемы технологического образования высших, средних специальных и средних заведений», (Душанбе, 2009 г.), международной научной конференции «Координационные соединения и аспекты их применения», посвященной 50-летию химического факультета Таджикского национального университета (Душанбе, 2009 г.), республиканской конференции «Новые теоретические и прикладные исследования химии в высших учебных заведениях Республики Таджикистан» (Душанбе, 2010 г.), республиканской конференции «Пути совершенствования технологической подготовки будущих учителей технологии, посвященной «Году образования и технических знаний» и 80-летию образования Таджикского государственного педагогического университета им. С.Айни (Душанбе, 2010 г.), республиканской научной конференции «Проблемы современной координационной химии», посвященной 60-летию члена корреспондента АН РТ, доктора химических наук, профессора Аминджанова А. А. (Душанбе, 2011 г.), республиканской научно-практической конференции «Перспективы развития исследований в области химии координационных соединений», посвященной 70-летию доктора химических наук, профессора Азизкуловой О.А. (Дущанбе, 2011 г.) и республиканской конференции «Координационная химия и ее значение в развитие народного хозяйства», посвященной памяти доктора химических наук, профессора Юсупова З.Н. (Душанбе, 2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 21 работа, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получено три малых патента Республики Таджикистан.
Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве и включенные в диссертацию, состоял в определении путей и методов решения поставленных задач, получении и обработке большинства экспериментальных данных, анализе и обобщении результатов экспериментов, формулировке основных выводов и положений диссертации.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложения. Диссертация изложена на 127 страницах компьютерного набора, включая 42 рисунка, 22 таблицы, 145 наименований источников литературы и 9 страниц приложений.
